石灰爐在線仿真技術(shù)與爐況診斷及復(fù)雜系統(tǒng)智能控制研究.pdf

1、石灰的燒成是一門古老的技術(shù)，近代以前石灰多用于建筑工程。隨著近代化工和冶金工業(yè)的興起，石灰的用途急劇增大，石灰生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備的開發(fā)研究工作才得到重視。石灰生產(chǎn)設(shè)備以前多用土窯，近代開始采用機械化立窯，其生產(chǎn)能力和勞動生產(chǎn)率成倍增長而能耗成倍降低，但仍難以滿足現(xiàn)代工業(yè)快速增長的高效益、低成本、高自動化的要求，這種狀況制約著化工、冶金及造紙等相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。石灰的生產(chǎn)是一個連續(xù)的過程，石灰爐本身是一個連續(xù)的反應(yīng)器，原料和燃料不斷輸入，產(chǎn)品和

2、二氧化碳等尾氣不斷輸出。以往產(chǎn)品質(zhì)量的判斷主要靠產(chǎn)品產(chǎn)出后樣品的化驗，化驗的結(jié)果固然可靠，但存在嚴(yán)重滯后，不能作為在線決策控制的依據(jù)。本文以φ4×21m石灰豎爐為研究對象，在原有檢測系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過增加必要的在線檢測手段，充分收集石灰爐生產(chǎn)過程的在線信息，實現(xiàn)了石灰爐的“全息監(jiān)測”。 通過綜合運用爐窯熱工及反應(yīng)動力學(xué)原理，開發(fā)了石灰爐在線仿真優(yōu)化模型及軟件。在線仿真系統(tǒng)能實時計算石灰石煅燒分解率、出口RO2(指二氧化碳、二氧化

3、硫等)濃度、“三帶”(預(yù)熱帶、煅燒帶、冷卻帶)高度及爐內(nèi)溫度分布，并由計算機在線顯示、記錄運行歷史曲線，為現(xiàn)場的考核與管理提供依據(jù)。在“全息監(jiān)測”與在線仿真的基礎(chǔ)上，結(jié)合石灰爐工藝的特點與工程技術(shù)人員、熟練操作工人的經(jīng)驗，首次建立了石灰爐爐況診斷專家系統(tǒng)，為生產(chǎn)運行和操作提供在線指導(dǎo)。爐況診斷專家系統(tǒng)具有自動報警、故障解釋及對策分析等多重功能。 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論，本文開發(fā)了具有自組織與自學(xué)習(xí)功能的生石灰質(zhì)量預(yù)報模型，該系統(tǒng)以歷史

4、數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本，對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行離線訓(xùn)練，訓(xùn)練后的網(wǎng)絡(luò)用在線信息檢驗發(fā)現(xiàn)，生石灰質(zhì)量的實測值與預(yù)報值有很好的擬合程度，平均預(yù)報誤差為3.2％，為控制操作提供了準(zhǔn)確依據(jù)。 石灰生產(chǎn)過程中原料成分、含水量、進(jìn)料速度、焦炭成分等生產(chǎn)條件經(jīng)常變化，根據(jù)傳熱、傳質(zhì)過程建立的模型中有很多參數(shù)必須通過機理分析、假設(shè)或大量實驗來確定，此外還需要檢測難以測量的諸多狀態(tài)變量。從過程控制的角度看，這種建模方法是很難實現(xiàn)的?；谀：碚撆c模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理

5、論，本文采用系統(tǒng)辨識方法將石灰爐看作一個“黑箱”，不分析其內(nèi)部的反應(yīng)機理，而只研究其主要控制變量和輸出變量之間的相互關(guān)系，充分吸收工藝操作知識，研究出石灰爐頂溫模糊控制器與多臺石灰爐出灰智能控制系統(tǒng)。前者將頂溫動態(tài)控制在不同生產(chǎn)條件時仿真優(yōu)化目標(biāo)所確定的理想范圍；后者在綜合考慮了某廠石灰爐出灰系統(tǒng)復(fù)雜，非線性顯著的特點及現(xiàn)場多臺爐窯共用一套出灰線路，爐子之間彼此強烈耦合、重要工藝參數(shù)難以檢測等實際情況后，以石灰爐料層高度智能控制系統(tǒng)為基